[發明專利]主動磁懸浮軸承支承的超穩超靜單軸轉臺

有效

• 申請號: 202011532869.2
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112727921B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 王坤;鐘清;鄭世強;周銀鋒;劉剛
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04;H02K7/09
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 冀學軍

本發明公開了一種主動磁懸浮軸承支承的超穩超靜單軸轉臺，圓盤體(3)的圓周上設置有多個結構相同的徑軸向磁軸承一體轉子組件(2)，在磁懸浮轉動平臺(1)的外部圓周上對稱分布著四個徑軸向磁軸承一體定子組件(6、7、8、9)，在磁懸浮轉動平臺(1)的中心設置單軸轉臺驅動機構(5)。在通電條件下，徑軸向磁軸承一體定子組件(6、7、8、9)先通電使徑軸向磁軸承一體轉子組件(2)懸浮，再由單軸轉臺驅動機構(5)使徑軸向磁軸承一體轉子組件(2)轉動，實現了完全懸浮轉動。

技術領域

本發明涉及的是適用于磁懸浮的轉臺，更特別地說，是指一種能夠實現五自由度的主動磁懸浮軸承支承的超穩超靜單軸轉臺。

背景技術

近年來，隨著磁懸浮技術的進步，高速磁懸浮電機迅速發展，其具有轉速高、功率密度高、小體積、響應快和可直接驅動負載等優點，廣泛應用于高速磁懸浮鼓風機、磁懸浮超高真空分子泵、磁懸浮儲能飛輪和磁懸浮力矩陀螺等高速旋轉設備。磁軸承的承載能力是通過設計確定的，且受尺寸大小限制，如果實際載荷超過這一承載能力，或者磁軸承的支承因某種原因失效了，轉子將不再處于懸浮狀態而會與機械邊界發生觸碰。為了在這一跌落碰撞中避免造成轉子上的疊片結構和磁軸承定子損壞，安裝了保護軸承。保護軸承起著臨時支撐轉子和保護定子系統的作用。

磁懸浮技術具體是指磁懸浮軸承(或稱磁軸承)技術，是利用電磁力將轉子懸浮起來，以代替傳統的機械軸承支撐。磁軸承可以克服機械軸承擦損耗大的缺點，運行過程中轉子無任何機械接觸，無摩擦、無潤滑，提高了機械壽命。因此其轉速可以非常高，通常在10000rpm～60000rpm之間。其幾何尺寸遠小于輸出功率相同的常規旋轉設備，有效地節約了材料，大幅度提高了設備的能量密度。磁懸浮技術使得直接驅動負載變成可能，無需增速機構，減小了系統體積，可實現零傳動損耗運行，效率高，大大降低了運行噪聲。

發明內容

本發明旨在解決精密測量領域所用機械轉臺的振動問題。本發明采用磁懸浮軸承的主動振動抑制功能，對轉臺的微振動實現機械隔離，達到超穩超靜的目的。由于磁懸浮軸承具有無摩擦無需潤滑的特點，所采用的驅動電機可以直接驅動轉臺進行精密旋轉，避免了減速器的傳動帶來的機械振動，實現了驅動和支承的完全振動隔離。本發明能夠從機械上實現振動的物理隔離，先天性地切斷了振動源的傳播路徑，避免了轉臺對精密測量部件的干擾，可以大大提高轉臺的精密測量等級，實現基礎學科的理論和技術突破。

本發明設計的主動磁懸浮軸承支承的超穩超靜單軸轉臺，圓盤體(3)的圓周上設置有多個結構相同的徑軸向磁軸承一體轉子組件(2)，在磁懸浮轉動平臺(1)的外部圓周上對稱分布著四個徑軸向磁軸承一體定子組件(6、7、8、9)，在磁懸浮轉動平臺(1)的中心設置單軸轉臺驅動機構(5)。在通電條件下，徑軸向磁軸承一體定子組件(6、7、8、9)先通電使徑軸向磁軸承一體轉子組件(2)懸浮，再由單軸轉臺驅動機構(5)使徑軸向磁軸承一體轉子組件(2)轉動，實現了完全懸浮轉動。

在本發明中，一方面由于單軸轉臺驅動機構(5)采用了磁懸浮軸承具有無摩擦無需潤滑的特點，避免了減速器的傳動帶來的機械振動，故稱為超穩超靜。另一方面，設計的四個徑軸向磁軸承一體定子組件(6、7、8、9)采用磁懸浮技術，也能達到超靜效果。

本發明的一種主動磁懸浮軸承支承的超穩超靜單軸轉臺，其包括有A徑軸向磁軸承一體定子組件(6)、B徑軸向磁軸承一體定子組件(7)、C徑軸向磁軸承一體定子組件(8)、D徑軸向磁軸承一體定子組件(9)、徑軸向磁軸承一體轉子組件(2)、圓盤體(3)、底座(4)和單軸轉臺驅動機構(5)；圓盤體(3)與沿圓盤體(3)圓周分布設置的多個徑軸向磁軸承一體轉子組件(2)構成了磁懸浮轉動平臺(1)；

徑軸向磁軸承一體轉子組件(2)由轉子支架(2A)、轉子疊層(2B)、轉子上壓板(2C)和轉子下壓板(2)構成；